一種相變保溫聚烯烴泡沫材料及其製備方法
2023-05-05 19:02:51 2
專利名稱：一種相變保溫聚烯烴泡沫材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種保溫材料及其製備方法，尤其是指一種相變保溫聚烯烴泡沫材料及其製備方法。
背景技術：
聚烯烴類塑料應用範圍廣泛，具有良好的物理、化學和力學性能，其韌性、撓曲性和緩衝性能良好，並且具有電絕緣、隔熱等性質，廣泛應用於包裝、化工、建築等領域。聚烯烴類泡沫塑料應用廣泛，也是最早成功製得的泡沫塑料之一。早在1941年，美國杜邦公司就利用氮氣法成功製備了 LDPE泡沫塑料。經過幾十年的發展，聚烯烴泡沫塑料已經發展成熟，在品種及應用方面實現了多樣化。隨著理論研究的不斷深入以及發泡技術的進步，泡沫塑料在產量和質量方面都有了長足的進步。由於其密度低、保溫性能良好的特性，在建築、車輛等領域廣泛用作保溫材料。相變材料是指相變儲能材料是一種新型的綠色節能材料，相變材料由固態變為液態或由液態變為固態的過程稱為相變過程，在相變過程中不僅形態發生改變，還會吸收或釋放大量的潛熱。相變材料的應用提高了能源利用率，降低了能源消耗。通過在泡沫材料中添加相變材料，可起到更加良好的保溫效果。但由於而相變材料在相變時有液體產生會影響泡沫材料的發泡效果，同時由於泡沫材料為多孔結構，液體相變容易洩露，使得保溫效果逐漸減弱。微膠囊技術是一種利用成膜材料將固體、液體或氣體物質包裹於囊中，形成一個直徑為微米級或毫米計的微小容器的技術。微膠囊具有保護囊中物質免於洩露、延長物質儲存時間、將特種材料隔離等作用，已廣泛應用於生物醫藥、食品、塗料等多個領域。目前對於聚烯烴泡沫材料的研究，主要集中於其應用與製備方法方面。如CN101243122B公開了一種高 熔體強度雙軸取向的聚烯烴泡沫製備方法；CN101263187B公開了一種具有高耐熱性的軟聚烯烴泡沫材料配方及製備方法；CN1282693C公開了一種用於吸聲、保溫的大孔徑聚烯烴泡沫材料等。而對於將相變材料及微膠囊技術同時應用於聚烯烴泡沫材料中，提高保溫性能的研究還未見報導。
發明內容
為克服現有泡沫保溫材料的不足之處，本發明提供了一種利用相變材料及微膠囊技術開發的相變保溫聚烯烴泡沫材料及其製備方法，以滿足市場對保溫材料的需求。本發明是採用下述技術方案實現的:
一種相變保溫聚烯烴泡沫材料，是以相變微膠囊、聚烯烴樹脂、發泡劑、交聯劑、發泡助齊 、色母料、抗老化劑及加工助劑為原料，經混合、熔融擠出、預熱、發泡而得，各組份按重量份數計為:
聚烯烴樹脂 70 90份 相變微膠囊 I 10份發泡劑3 20份
交聯劑0.1 5份
發泡助劑 O 1.5份
色母料O 15份
加工助劑 O 5份
所述相變微膠囊由以下重量份的組分製備而成:
囊壁材料 30 80份 相變囊芯材料10 65份 乳化劑0.1 15份
所述的囊壁材料為聚脲樹脂、聚酯樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂、脲-三聚氰胺-甲醛共聚物、聚甲基丙烯酸酯、明膠、尿醛樹脂、聚多元酸、明膠-阿拉伯樹膠、氨基樹脂、環氧樹月旨、密胺樹脂、聚氨酯、環糊精、苯乙烯-馬來酸酐共聚物中的一種或幾種的混合物。所述的相變囊芯材料為石蠟、脂肪烴、脂肪酸、脂肪酸酯、多元醇、水合無機鹽中的一種或幾種的混合物。所述的乳化劑為十二烷基苯磺酸鈉、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、脫水山梨糖醇脂肪酸酯、丙烯酸類均聚物、丙烯酸類共聚物、馬來酸酐類均聚物、馬來酸酐類共聚物、吐溫中的一種或幾種的混合物。所述的發泡劑為N-亞硝化合物、偶氮化合物、醯肼類化合物中的一種或幾種的混合物。所述的交聯劑為過氧化物交聯劑、矽烷交聯劑、醌類交聯劑、多元醇交聯劑、多元胺交聯劑中的一種或幾種的混合物。所述的發泡助劑為硬脂酸、草酸、水楊酸、苯二甲酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鋇、硬脂酸鉛、氧化鋅、氧化鋇、氧化鉛中的一種或幾種的混合物。所述的加工助劑為紫外吸收劑、光穩定劑、抗氧劑、增塑劑、分散劑、潤滑劑中的一種或幾種的混合物。本發明的一種相變保溫聚烯烴泡沫材料的製備方法為:
通過單層或多層造壁法製備成相變微膠囊後，再通過混合、熔融擠出、預熱、發泡製得相變保溫聚烯烴泡沫材料。其具體工序為:
步驟一:相變微膠囊的製備
(1)將相變囊芯材料、乳化劑按照一定比例在高速乳化機下乳化成乳液，高速乳化機轉速1000 12000轉/min,乳化時間I 60min ；
(2)採用原位複合法、單層造壁法或多層造壁法將相變囊芯材料乳液包裹於囊壁材料中製備成相變微膠囊，反應溫度50 120°C，PH值為I 6，時間I 24h ;
步驟二:相變保溫 聚烯烴泡沫材料的製備
(1)將聚烯烴基體樹脂、相變微膠囊、發泡劑、交聯劑、發泡助劑、色母料及其加工助劑按比例加入捏合機，捏合溫度110°C 190°C，捏合時間15 120min ；
(2)將混合均勻的物料加入擠出機料鬥，通過螺杆擠出機熔融擠出。其中擠出機螺杆長徑比大於28，螺杆轉速30 70r/min，熔融擠出溫度110°C 150°C，所擠出的母片的厚度0.1 5mm ；(3)將母片經過預熱爐進行預熱，預熱溫度90°C 180°C，預熱時間0.5 15min ；
(4)將母片經過發泡爐進行發泡，發泡溫度170°C 210°C，發泡時間0.5 5min。本發明與現有技術相比具有如下有益效果:
將相變材料應用於聚烯烴保溫泡沫材料，在溫度降低時，相變材料會發生相變，釋放熱量，從而調節環境溫度。同時本發明採用了微膠囊技術，將相變材料作為囊芯材料包裹於囊壁內部，使得相變發生時，呈現液態的相變囊芯材料不會從多孔的泡沫材料中流失，提高了保溫效果的持續性。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
，對本發明做進一步說明。實施例1:相變微膠囊的製備
(O將正十四燒40kg、十二燒基苯磺酸鈉2kg混合,在高速乳化機下乳化成乳液,高速乳化機轉速1000r/min,乳化時間5min ；
(2)在乳液中加入三聚氰胺-甲醛預聚體20kg，攪拌均勻，通過乙酸調節pH值3.5，在70°C下反應0.5h，攪拌速度500 r/min ；
(3)升溫至90°C，繼續反應lh，攪拌速度500r/min。通過步驟(1)、(2)後，可以製備出以正十四烷為囊芯、以三聚氰胺-甲醛樹脂為單層囊壁的相變微膠囊；通過步驟(I) (3)可以製備出以正十四烷為囊芯、以三聚氰胺-甲醛樹脂為多層囊壁 的相變微膠囊。實施例2:相變微膠囊的製備
(O將石臘10kg、吐溫乳化劑6kg混合,在高速乳化機下乳化成乳液，高速乳化機轉速3000r/min,乳化時間 5min ；
(2)在乳液中加入脲醛預聚體60kg，攪拌均勻，放置2h，在此期間持續攪拌，攪拌速度2500 r/min。；
(3)加入脲醛樹脂固化劑氯化銨1kg，攪拌均勻，用乙酸調節PH值為2 3，在80°C下反應lh，攪拌速度2500 r/min ；
(4)升溫至90°C，繼續反應lh，攪拌速度2500r/min。通過步驟(I) (3)可以製備出以石蠟為囊芯，以脲醛樹脂為單層囊壁的相變微膠囊；通過步驟(I) (4)可以製備出以脲醛樹脂為多層囊壁的相變微膠囊。實施例3:相變微膠囊的製備
(1)取明膠10kg，阿拉伯樹膠25kg，分別製備成15%的水溶液，升溫至55°C；
(2)取正十八烷30kg，脫水山梨糖醇脂肪酸酯5kg混合，在高速乳化機下乳化成乳液，高速乳化機轉速1000r/min,乳化時間5min ；
(3 )明膠溶液加入，用檸檬酸調整pH值為4.0，攪拌均勻，保持體系溫度55 °C不變，反應
2h ；
(4)將配置好的阿拉伯樹膠熔液加入，用檸檬酸調整pH值為3.5，攪拌均勻，保持體系溫度55°C不變，反應5h。通過步驟(I) (3)可以製備出以正十八烷為囊芯，以明膠為單層囊壁的相變微膠囊；通過步驟(I) (4)可以製備出以明膠-阿拉伯樹膠為多層囊壁的相變微膠囊。
實施例4:相變保溫聚烯烴泡沫材料的製備
(1)將聚乙烯70kg、實施例1中製備的相變微膠囊5kg、偶氮二甲醯胺8kg、過氧化二異丙苯0.5kg、氧化鋅0.2kg,紫外吸收劑0.01kg、光穩定劑0.01kg、抗氧劑0.01kg、分散劑0.02kg，按比例投入捏合機進行捏合，捏合溫度140°C，時間20min ；
(2)將物料加入擠出機料鬥，並經過螺杆擠出機熔融擠出。其中擠出機長徑比40，螺杆轉速40r/min，擠出機各段的設定溫度為115°C，120°C，130°C，130°C，130°C，125°C，所擠出的母片厚度2mm ；
(3)擠出後的母片依次經過溫度為90°C、120°C、16(rC的預熱爐，預熱時間分別為2min、lmin、lmin,使母片中的交聯劑充分交聯，並使母片內部與外部溫度趨向均勻；
(4)經過預熱後的母片經過溫度為200°C的發泡爐，時間為0.5min。所製備出的相變保溫聚烯烴材料發泡倍率為20倍，相變溫度為5.3°C。實施例5:相變保溫聚烯烴泡沫材料的製備
(1)將聚乙烯60kg、乙烯-醋酸乙烯共聚物15kg、實施例2中製備的相變微膠囊3.5kg、偶氮二甲醯胺10kg、過氧化二異丙苯1kg、氧化鋅0.2kg,紫外吸收劑0.01kg、光穩定劑0.01kg、抗氧劑0.01kg、分散劑0.02kg，按比例投入捏合機進行捏合，捏合溫度135°C，時間15min ；
(2)將物料加入擠出機料鬥，並經過螺杆擠出機熔融擠出。其中擠出機長徑比40，螺杆轉速40r/min，擠出機各段的設定溫度為110°C，120°C，130°C，130°C，125°C，120°C，所擠出的母片厚度2mm ；
(3)擠出後的母片依次經過 溫度為90°C、110°C、13(rC的預熱爐，預熱時間分別為2min、5min、5min,使母片中的交聯劑充分交聯,並使母片內部與外部溫度趨向均勻；
(4)經過預熱後的母片經過溫度為180°C的發泡爐，時間為0.5min。所製備出的相變保溫聚烯烴材料發泡倍率為20倍，相變溫度為13.1°C。實施例6:相變保溫聚烯烴泡沫材料的製備
(O將聚乙烯80kg、辛烯-乙烯共聚物5kg、實施例3中製備的相變微膠囊10kg、偶氮二甲醯胺15kg、過氧化二異丙苯1.5kg，按比例投入捏合機進行捏合，捏合溫度115°C，時間15min ；
(2)將物料加入擠出機料鬥，並經過螺杆擠出機熔融擠出。其中擠出機長徑比40，螺杆轉速40r/min，擠出機各段的設定溫度為110°C，115°C，125°C，125°C，120°C，120°C，所擠出的母片厚度2mm ；
(3)擠出後的母片依次經過溫度為90°C、110°C、12(rC的預熱爐，預熱時間分別為2min、2min、lmin,使母片中的交聯劑充分交聯,並使母片內部與外部溫度趨向均勻；
(4)經過預熱後的母片經過溫度為210°C的發泡爐，時間為0.2min。所製備出的相變保溫聚烯烴材料發泡倍率為30倍，相變溫度為30.50C。
權利要求
1.一種相變保溫聚烯烴泡沫材料，其特徵在於:以相變微膠囊、聚烯烴樹脂、發泡劑、交聯劑、發泡助劑、色母料、抗老化劑及加工助劑為原料製成，各組份按重量份數計為: 聚烯烴樹脂 70 90份 相變微膠囊 I 10份 發泡劑3 20份 交聯劑0.1 5份 發泡助劑 0.1 1.5份 色母料O 15份 加工助劑 O 5份。
2.根據權利要求1所述的一種相變保溫 聚烯烴泡沫材料，其特徵在於所述相變微膠囊由以下重量份的組分製備而成: 囊壁材料 30 80份 相變囊芯材料10 65份 乳化劑0.1 15份 所述囊壁材料為聚脲樹脂、聚酯樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂、脲-三聚氰胺-甲醛共聚物、聚甲基丙烯酸酯、明膠、尿醛樹脂、聚多元酸、明膠-阿拉伯樹膠、氨基樹脂、環氧樹脂、密胺樹脂、聚氨酯、環糊精、苯乙烯-馬來酸酐共聚物中的一種或幾種的混合物；所述相變囊芯材料為石蠟、脂肪烴、脂肪酸、脂肪酸酯、多元醇、水合無機鹽中的一種或幾種的混合物；所述乳化劑為十二烷基苯磺酸鈉、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、脫水山梨糖醇脂肪酸酯、丙烯酸類均聚物、丙烯酸類共聚物、馬來酸酐類均聚物、馬來酸酐類共聚物、吐溫中的一種或幾種的混合物。
3.根據權利要求1所述的一種相變保溫聚烯烴泡沫材料，其特徵在於:所述發泡劑為N-亞硝化合物、偶氮化合物、醯肼類化合物中的一種或幾種的混合物；所述交聯劑為過氧化物交聯劑、矽烷交聯劑、醌類交聯劑、多元醇交聯劑、多元胺交聯劑中的一種或幾種的混合物；所述發泡助劑為硬脂酸、草酸、水楊酸、苯二甲酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鋇、硬脂酸鉛、氧化鋅、氧化鋇、氧化鉛中的一種或幾種的混合物；所述加工助劑為紫外吸收劑、光穩定劑、抗氧劑、增塑劑、分散劑、潤滑劑中的一種或幾種的混合物。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種相變保溫聚烯烴泡沫材料的其製備方法，其特徵在於:通過單層或多層造壁法製備成相變微膠囊後，再通過混合、熔融擠出、預熱、發泡製得相變保溫聚烯烴泡沫材料，其具體步驟如下: 步驟一:相變微膠囊的製備 1)將相變囊芯材料、乳化劑按照一定比例在高速乳化機下乳化成乳液，高速乳化機轉速1000 12000轉/min,乳化時間I 60min ； 2)採用原位複合法、單層造壁法或多層造壁法將相變囊芯材料乳液包裹於囊壁材料中製備成相變微膠囊，反應溫度50 120°C，pH值為I 6，時間I 24h ； 步驟二:相變保溫聚烯烴泡沫材料的製備 1)將聚烯烴基體樹脂、相變微膠囊、發泡劑、交聯劑、發泡助劑、色母料及加工助劑按比例加入捏合機，捏合溫度110°C 190°C，捏合時間15 120min ； 2)將混合均勻的物料加入擠出機料鬥，通過螺杆擠出機熔融擠出，其中擠出機螺杆長徑比大於28，螺杆轉速30 TOr/min，熔融擠出溫度110°C 150°C，所擠出的母片的厚度0.1 5mm ； 3)將母片經過預熱爐進行預熱，預熱溫度90°C 180°C，預熱時間0.5 15min ； 4)將母片 經過發泡爐進行發泡，發泡溫度170°C 210°C，發泡時間0.5 5min。
全文摘要
本發明涉及一種相變保溫聚烯烴泡沫材料及其製備方法，是以相變微膠囊、聚烯烴樹脂、發泡劑、交聯劑、發泡助劑、色母料、抗老化劑及加工助劑為原料，經混合、熔融擠出、預熱、發泡而得。本發明在溫度降低時，相變材料會發生相變，釋放熱量，從而調節環境溫度。同時本發明採用了微膠囊技術，將相變材料作為囊芯材料包裹於囊壁內部，減少了相變囊芯材料從多孔泡沫材料中的流失，提高了保溫效果的持續性。
文檔編號C09K5/14GK103102552SQ20131007744
公開日2013年5月15日 申請日期2013年3月12日 優先權日2013年3月12日
發明者楊小兵, 龍國榮, 卞志勇, 李秀平, 李勝業 申請人:泰山體育產業集團有限公司, 山東泰山金潤塑膠製品有限公司